基于Fluent的绕流问题的数值模拟与并行计算

使用商用软件Fluent对二维不可压流问题进行了两次实验,两次实验的网格数相差很多,发现当网格数少的时候,并行计算反而不如单机的效果好;而当网格数足够大的时候,并行计算就显示出其优越性来,目的在于考察Fluent软件的并行计算能力,为进行大规模工程应用计算提供技术参照。

Fluent软件的多重网格并行算法及其性能

Fluent软件是目前国际上比较流行的通用CFD软件包,用于模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动,对大规模问题可用并行多重网格方法进行求解.为了找出Fluent软件的最佳解题规模和并行粒度,以期最大限度地发挥软件和硬件的效能,对Fluent软件采用的多重网格并行算法进行了理论分析,通过实验,重点讨论了在并行求解过程中,不同的多重网格循环方法、区域分裂方法、解题的规模和计算节点数对并行性能的影响.结果证明,Fluent软件采用V循环的并行性能最好,HPCC还有很大的升级空间.

基于FLUENT和集群对扩压器流场的并行数值模拟及分析

在边界条件和初始条件相同的情况下,分别改变锥形扩压器的扩散角及渐扩管的长宽比,基于FLU-ENT软件和高性能集群对扩压器内流速的衰减特性及扩压性能进行了数值模拟及分析.研究结果表明:在渐扩管长宽比一定的情况下,渐扩管效率随着扩散角的增大先增大后减小;在扩散角不变的情况下,渐扩管效率随着渐扩管长宽比增大而增大.因此,用适当的扩散角或增大渐扩管长宽比的方法可得良好的压力恢复.关于并行计算,当核数目不变时,随着网格数量的增加,并行效率呈增加趋势但增大的幅度越来越小;当网格数不变时,随着核数目的增加,并行计算效率呈减小的趋势.本预测结果可为扩压器的优化设计及工程应用提供参考.

基于Fluent的全机数值模拟及并行计算

利用CFD商用软件Fluent对亚声速飞行飞机的三维绕流流场进行了数值模拟以及并行计算,得到了飞机附近的流场,实现了此软件在高性能并行计算机上的并行;并且通过对不同数量网格在不同结点数目机群上的计算结果进行分析比较,验证了此商用软件在并行平台上应用的有效性,也为进行大规模科学工程计算提供了技术参照。

基于Fluent的并联式风冷电池系统的仿真及优化

文章利用计算流体力学软件Fluent对并联式风冷电池系统的温度场进行计算,然后通过在与冷却通道相对的会聚静压室壁上增设二次排气口对冷却系统进行优化,从而提高冷却系统的冷却性能。结果表明,在恒产热率的情况下,二次排气口的位置对冷却系统的冷却性能有很大的影响,二次排气口设置在靠近入口的冷却通道上有效提高了冷却系统的冷却性能,电池组的最高温度和最大温差均降低了2k以上。

施肥器结构参数对施肥浓度影响的数值研究——基于并联式文丘里施肥器

文丘里施肥器因为其具有结构简单、无需动力部件等优点,在国内外都有很广泛的应用。为此,在试验基础上对并联式文丘里施肥器进行模拟仿真研究,通过改变文丘里管的收缩角、扩大角和喉管直径等结构参数,得到相应的流量和吸肥量,再用数值方法根据仿真结果导出其结构参数与浓度的关系式。

两栖车辆阻力水气两相流三维数值模拟

为了得到两栖车辆水中航行的阻力,建立了两栖车辆水上行驶的物理模型,并采用混合网格对整个流场进行离散.利用流体体积函数(VOF)多相流模型、k-ε两方程湍流模型,对两栖车辆的粘性绕流场进行了数值模拟.通过对比试验可知:仿真能很好地模拟阻力值和水气两相流的情况.仿真结果中能反映出水流绕流的情况,为以后进行两栖车辆的流场分析提供了有效的工具.通过分析水流和阻力的情况,为研究两栖车辆的减阻提速提供了思路.

U型并联多通道中流量分配特性

高增益包层并联多通道流量分配特性直接影响其传热效率,在初始设计中,缺少简洁有效的设计方法。采用Fluent程序对U型布置并联多通道的流量分配特性进行数值模拟,通过敏感性分析,确定了影响流量分配特性的支管长度、支管横截面积、支管个数以及总管横截面积等重要参数,提出了预估流量分配特性的方法。分析表明,无量纲参数K_(fd)越低,流量分配越均匀;当K_(fd)低于0.03时,流量丧失比低于5%。

并列式管道在智能保洁车上的应用研究

为了有效提升智能保洁车的工作效率,这里设计了一种基于并列式管道吸口的智能保洁车模型,其利用图像识别对路面垃圾分区,控制10个子吸口的有序开闭,实现定点吸取,基于道路右侧垃圾量多的调查结果设计了并列式管道结构。该模型气路系统工作所需风量为1741m^(3)/h,利用Fluent仿真证实了单口吸取的优先性大于双口吸取。搭建试验台测试结构表明,在18m/s的风速下管道吸取率超过90%,管道滞留率低于5%且能够完成全工况下的工程需要,试验仿真的平均相对误差为7.79%。研究为智能保洁车的设计提供了理论依据。

气动计算软件集成系统中的远程控制

随着我国航空航天技术的飞速发展,气动计算软件集成技术日趋成熟,但用户在并行计算中需要手动输入的操作较多。鉴于此,通过编程开发了基于TCP/IP协议的FTP客户端应用程序,实现了对网格文件的信息采集、过滤并将其和参数、脚本文件等批量自动上传的功能。根据批处理文件中的命令,调用Windows平台自带的客户端Telnet,向远程集群管理节点发出命令,远程启动服务器集群的并行计算任务。最后,在客户端实现了远程控制服务器集群上的计算流体力学软件Fluent进行并行计算。结果表明:使用该远程控制系统能够减少用户输入操作,提高计算效率,保证数据的实时更新。

高层建筑风场数值模拟研究

本文以FLUENT软件和高性能集群作为数值模拟平台,通过改变高层建筑物高度进行了并行数值模拟。并对并行数值模拟结果和集群并行计算效率进行了分析,分析结果表明:随着建筑物高度的增加,建筑物周围最大风速和最大风速比增大,建筑物对其周围空气流动的影响增强。在并行计算中,当CPU个数相同时,随着网格数量的增加,并行效率呈增加趋势但增大的幅度越来越小;当网格数相同时,随着CPU个数增加,并行计算效率呈减小趋势。

盘坯温度分布参数系统冷速控制并行联合仿真

针对复杂工程问题数值模拟中网格数量多、计算耗时长的问题,结合流体仿真软件(Fluent)中UDF(User-defined Function)并行计算原理与UDP(User Datagram Protocol)通讯,通过嵌入UDP通讯的UDF与S函数完成了Fluent与可视化仿真工具(Simulink)之间并行计算的数据的传递,搭建了盘坯气体冲击射流淬火并行计算仿真平台,并对同一模型分别进行了串行与并行计算,完成了数值模拟结果对比分析,验证了并行计算仿真平台的可靠性和有效性,可为复杂工程问题的数值计算提供思路。

溃坝洪水对并联双桥墩冲击过程数值模拟

利用大型商业软件FLUENT对并联双桥墩在溃坝洪水冲击下进行了模拟,结果表明:溃坝洪水对双桥墩的冲击力是一个先急剧增大再急剧减小的过程,期间形成一个持续大概4 s的峰值,是一个类脉冲过程;由于双桥墩对溃坝洪水有阻碍作用,与没有桥墩处相比合速度减小近7.5倍;溃坝洪水冲击桥墩过程,峰值压力出现的时间为溃坝峰头经过期间,并且在桥墩中下部2/3处范围内静压起主要作用,桥墩上部1/3范围内动压起主要作用。

Altix 450在三维定常N-S层流数值模拟计算中的并行计算效率研究

在共享内存服务器Altix450上,应用Fluent流体计算软件进行三维定常N-S层流数值模拟计算,研究了该系统的加速比,并行效率和可扩展性;在对网格数为500万和1 000万的两次计算对比中发现,当网格数据大的时候,该系统并行优势明显。结果表明,大型的共享内存服务器在计算流体力学中对解决复杂流场数值模拟越来越重要,符合未来计算流体力学高性能计算的要求。

不同间距比下粗糙度对并联双圆柱绕流的影响

利用ANSYS-Workbench大型有限元软件建立了二维模型,在Fluent的工作环境下,探究了不同间距下不同柱体粗糙度对并联双圆柱的升力系数、阻力系数的影响。采用SST k-ω湍流模型,雷诺数控制在1×10~6,并联双圆柱的间距比T/D分别为1.5、2.0、2.5、3.0,进行了柱体表面粗糙度Rh在0、0.1%D、0.3%D、0.5%D、0.8%D和1%D时的数值模拟。结果表明:间距比为1.5时,阻力系数达到最大,升力系数上下波动峰最高;在同一间距比下,随着粗糙度的增加,阻力系数先增大后减小,粗糙度在0.5%D时阻力系数达到最大;并联双圆柱由光滑面发展到粗糙面,阻力系数会发生突变,证明了光滑柱面下的阻力系数最小和升力系数的波动峰值最小。基于以上研究,可以将结论应用于以后圆柱绕流的理论研究和桥梁墩柱的工程建设中。

并联复合绝缘子覆冰过程中的流场特性研究

中国南方冬季极易发生大面积冰灾,覆冰容易造成绝缘子电气特性下降,所引发的事故严重威胁输电线路安全,因此有必要探索绝缘子覆冰特性。目前,国内外学者针对单串绝缘子的覆冰特性进行了大量且深入的研究,而针对特高压输电线路广泛使用的并联多串绝缘子覆冰特性研究还尚未见报端。故文中利用Fluent流场软件对并联复合绝缘子串覆冰过程中的流场特性进行研究,结果表明:覆冰过程中空气会在绝缘子的背风面形成漩涡,相对软风情况下气流越强则漩涡越明显;绝缘杆径周围气流分布会因风速变大而不均匀,且流速增大;空气中的水滴速度增长范围会受到气流的影响,气流越强增速范围越大;并联绝缘子空隙处的水滴运动轨迹会相互影响,因此水滴的体积分数在并联绝缘子内侧受到影响。文中探求并联绝缘子覆冰流场特性可为研究绝缘子覆冰闪络提供一定的理论参考。

基于天河二号超算的网格无关性及并行研究

以CFD商用软件Fluent 15.0为基础,天河二号超级计算机为平台,ZnO-MOCVD腔体为数值模型,对网格无关性及超算中心的并行计算能力进行研究。通过计算7种不同网格数量的ZnO-MOCVD模型的沉积率,确定网格数量为408万时沉积率结果达到网格无关性。根据工程需要选取其中两种模型,设置并分析多种并行组合,得出网格数量为17万和408万的MOCVD腔体模型的最佳处理器核数分别为16和128,最大加速比分别可以达到9和45,验证了该软件在天河二号上并行处理的实用性,结果可为后续大规模计算提供参考。

两栖车辆车轮收起前后阻力对比并行计算分析

为了分析两栖车辆车轮收起前后粘性阻力的变化,利用流体动力学进行仿真分析。在前处理器Gambit中建立两栖车辆的物理模型,结合计算速度和计算精度,对流场采用分区网格划分。利用流体体积函数(VOF)多相流模型、k-ε两方程湍流模型,对车轮收起前后的两栖车辆的粘性绕流场进行了数值模拟。为了提高计算速度,数值模拟采用了并行算法。仿真结果表明:车轮收起后,粘压阻力可减小33%,从而证明收起车轮可减小两栖车辆在水中航行时的阻力。